Differential Global Positioning System
Differential Global Positioning System (DGPS) ist eine Bezeichnung für Verfahren, die durch das Ausstrahlen von Korrekturinformationen die Genauigkeit der Navigation mittels GPS erhöhen können.
Positionsmessung
Referenzstation
Beim DGPS wird eine ortsfeste Referenzstation genutzt, die das GPS-Signal empfängt. Da die genaue geographische Position der Referenzstation bekannt ist, kann der Fehler bei der Positionsbestimmung durch GPS ermittelt werden. Der Fehler wird für jeden empfangenen GPS-Satelliten einzeln bestimmt und durch die Referenzstation ausgestrahlt - üblicherweise mittels Funk im UKW-Bereich oder für spezielle Anwendungen mittels (Funk-) Telefonverbindung. Da sich die Fehler der einzelnen Satelliten nur langsam ändern, ist diese Übertragung nicht zeitkritisch.
Für die Bundesrepublik Deutschland werden Differential-Stationen von der Wasser- u. Schifffahrtsverwaltung betrieben. Diese Stationen arbeiten nach dem internationalen IALA-Standard und senden Korrekturdaten auf Mittelwelle für den Küsten- und Binnenbereich aus. Zentrale technische Behörde ist die Fachstelle der WSV für Verkehrstechniken in Koblenz.
DGPS-Sender
Folgende DGPS-Sender können in Deutschland genutzt werden:
- DCF42 (Langwelle, Senderstandort: Mainflingen)
- Deutschlandfunk Donebach (Langwelle 153 kHz, die Übertragung erfolgt nach dem AMDS-Verfahren paralell zum Rundfunkprogramm)
- Bodenseesender (Mittelwelle: Sendefrequenz 666 kHz, die Übertragung erfolgt nach dem AMDS-Verfahren paralell zum Rundfunkprogramm)
- DRS Beromünster (Mittelwelle: Sendefrequenz 531 kHz, die Übertragung erfolgt nach dem AMDS-Verfahren paralell zum Rundfunkprogramm)
Es ist geplant den ehemaligen DECCA-Sender in Zeven als DGPS-Sender zu nutzen.
(Bitte aktualisieren und ggf. berichtigen)
GPS-Empfänger
Ein Empfänger für Differential GPS empfängt nun neben den Signalen der GPS-Satelliten auch das Korrektursignal der stationären Referenzanlage. Die dazu nötige Empfangsantenne für die Korrektursignale ist oft schon in die GPS-Antennen integriert. Damit kann der Empfänger - für jeden Satelliten separat - die GPS-Signale korrigieren und auf diese Weise seine Positionsbestimmung verbessern. Fällt die (Funk-)Verbindung zur DGPS-Sendeanlage aus, schaltet der DGPS-Empfänger in den normalen GPS-Mode ohne Korrektur um und verliert damit an Genauigkeit. Die erreichbare Genauigkeit liegt je nach Qualität des Empfängers und der Korrekturdaten bei ca. 0,3-2,5m in der Ebene und bei ca. 0,6-5m bei der Höhenmessung. Wird zusätzlich die Trägerphase ausgewertet (wie z.B. bei geodätischen Empfängern üblich), kann ein Positions-Fehler von nur wenigen mm erreicht werden (± 1 bis ± 10 mm pro km Abstand zur Referenzanlage).
Zuverlässigkeit
Auf Funk basierende Systeme sind prinzipbedingt nicht sicher und können durch Funkstörungen ausfallen. Bei GPS gibt es neben den natürlichen Funkproblemen noch die nicht auszuschließende Möglichkeit einer unangekündigten Verschlüsselung oder absichtliche Fehler der GPS-Signale durch den jeweiligen Betreiber, wie es lange Zeit beim amerikanischen GPS-System üblich war. Um trotzdem sicherheitsrelevante Anwendungen wie die Navigation von Flugzeugen zu ermöglichen, können neben den Korrektursignalen auch Signale über die aktuelle GPS-Güte von der Referenzstation an die DPGS-Empfänger übertragen werden. Kann der DGPS-Empfänger also die GPS-Signale empfangen, das Korrektursignal von der Referenzstation und zusätzlich die darin enthaltene Information, dass die GPS-Satelliten unverfälschte Signale aussenden, kann er von einer zuverlässigen Positionsmessung ausgehen. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, dürfen die Positionsdaten nicht für sicherheitsrelevante Anwendungen herangezogen werden; in diesem Fall muss beispielsweise ein Flugzeugführer GPS-basierte Navigationssysteme und automatische Start- und Landesysteme abschalten und durch andere Methoden ersetzen.
Anwendung
Das Verfahren wird zum Beispiel auf kleineren Flugplätzen oder großflächig zur Vermessung in der Geodäsie angewendet. Europäische Sendestationen des Funknavigationssystems LORAN-C senden zusammen mit dem LORAN-C-Signal differenzielle Korrekturen zum GPS aus. Dieser als Eurofix bezeichnete Dienst soll im gesamten Sendebereich des Northwest European Loran-C System (NELS) verfügbar sein.
Daneben haben heute viele GPS-Empfänger für den Endanwender bereits in der mittleren Preisklasse DGPS implementiert.
Via Internet
Mittels NTRIP "Networked Transport of RTCM via Internet Protocol” Protokoll können DGPS Daten auch über das Internet verteilt werden. NTRIP basiert auf dem Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1 NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) ist ein vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG, Frankfurt am Main) und dem Informatik Centrum Dortmund entwickeltes Verfahren zur Bereitstellung von GNSS-Korrekturdatenströmen über das Internet. Weitere Informationen findet man beim Bundesamt für Kartographie und Geodäsie. Dort findet man auch Clients für NTRIP zum download. Eine weitere Möglichkeit DGPS Daten über das Internet zu streamen zeigt die Seite DGPS corrections over the Internet auf.
Winkelmessung
GPS-basierte Verfahren zur Winkelmessung beruhen auf demselben technischen Messprinzip, das aber vollkommen anders umgesetzt ist: Auf einem Fahrzeug werden zwei Antennen mit bekanntem Abstand zueinander montiert, die sich gegenseitig referenzieren. Es wird also kein Referenzsignal von einer ortsfesten Referenzanlage zur Korrektur herangezogen, sondern eine Fahrzeugantenne ist Referenzstation der anderen Fahrzeugantenne. Auch bei den Verfahren zur Winkelmessung werden nicht die kartesischen Koordinaten der Antennen miteinander verglichen, sondern die Laufzeitunterschiede für jeden Satelliten getrennt. Erst nach dem Laufzeitvergleich werden die Differenzsignale in kartesische Koordinaten umgerechnet. Damit kann sehr genau der Winkel der Antennen-Verbindungsachse gegen die Nordrichtung bestimmt werden. Messgenauigkeiten von 0,01° bis 0,1° lassen sich erzielen.
Die absolute Positionsgenauigkeit dieser Geräte ist nicht besser als die normaler GPS-Geräte oder - falls zusätzlich ein Korrektur-Signal einer ortsfesten Referenzanlage vorliegt - nicht besser als die anderer DGPS-Geräte.
Geräte dieser Bauart werden gelegentlich als elektronischer Kompass oder GPS-Kompass bezeichnet. Sie sind - entsprechend ihrer hohen Kosten - wenig verbreitet, verwendet werden sie beispielsweise zur Lagemessung von Schiffen oder Baumaschinen.
siehe auch
Weblinks
- Fachstelle der Wasser und Schifffahrtsverwaltung für Verkehrstechniken Technische Informationen zu GPS / DGPS